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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Einstellung einer
aus mehreren verstellbaren Blendenelementen bestehenden Blende für eine nachfolgende
Röntgenaufnahme
eines Untersuchungsobjekts, bei dem die einzelnen Blendenelemente
jeweils so positioniert werden, dass sie – in einer in einer Detektorebene
liegenden Projektion betrachtet – die Konturen des Aufnahmeobjekts
berühren
oder in einem kleinen Abstand dazu angeordnet sind. Darüber hinaus
betrifft die Erfindung ein Röntgensystem
mit einer Röntgenquelle,
einem Röntgendetektor,
einer in einem Röntgenstrahlengang
zwischen der Röntgenquelle
und dem Röntgendetektor
angeordneten Blende mit einer Mehrzahl von automatisch verstellbaren
Blendenelementen und einer Blendensteuereinrichtung, um die einzelnen
Blendenelemente in der genannten Weise zu positionieren.
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Eine
solche Blende – oft
auch „Tiefenblende" oder „Primärstrahlenblende" genannt – befindet
sich in der Regel im Strahlengang zwischen der Röntgenquelle und dem Aufnahmeobjekt.
Sie hat in erster Linie die Aufgabe, dafür zu sorgen, dass nur das Aufnahmeobjekt
selbst bestrahlt wird und nicht die umliegenden Bereiche. Dadurch
wird beispielsweise bei Aufnahmen von bestimmten Körperteilen
oder Organen einer Person dafür
gesorgt, dass nur derjenige Gewebebereich bestrahlt wird, der für die zustellende
Diagnose oder die geplante Intervention notwendig ist, so dass die
Dosisbelastung für
die betreffende Person reduziert wird. Darüber hinaus wird bei Aufnahmen,
bei denen z. B. das Aufnahmeobjekt ein Körperteils der Person ist, verhindert, dass
Röntgenstrahlung
unabgeschwächt
direkt von der Röntgenquelle
an dem Objekt vorbei auf den Detektor gelangt. Solche „Direktstrahlung" kann je nach Bauartprinzip
des Detektors zu Bildartefakten führen. So kann es z. B. aufgrund
von Streuung bzw. aufgrund von Querleitung des Lichts im Detektorglas
zu einer seitlichen räum lichen
Verbreiterung des Signals im Objektbereich kommen. Dieses Phänomen kann
im Bildverstärker zum
sogenannten „low
frequency drop" führen. Darüber hinaus
kann solche Direktstrahlung dazu führen, dass die einzelnen Bauelemente
eines aus mehreren Detektorteilen aufgebauten Flachbilddetektors
an den Stoßstellen
jeweils sichtbar werden und im Bild stören. Durch die Tiefenblende,
welche die nicht relevanten Bereiche abdeckt, wird folglich zum
einen die Strahlenhygiene erhöht
und zum anderen die Bildqualität
verbessert.
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Eine
solche Blende kann entweder die Röntgenstrahlung vollkommen ausblenden
oder auch halbtransparent aufgebaut sein und die Strahlung lediglich
entsprechend abschwächen.
Die erste Art von Blenden hat den Vorteil, dass keinerlei Röntgenstrahlung
in den nicht relevanten Bereich gelangt. Die zweite Art von Blenden
hat dagegen den Vorteil, dass die neben dem eigentlichen Aufnahmeobjekt
befindlichen Bereiche nur soweit abgeschwächt werden, dass sich die Sichtbarkeit
zwar im interessierenden Bereich erhöht, andererseits aber kontraststarke
Gegenstände
wie beispielsweise Operationsbestecke, die seitlich an das Untersuchungsobjekt
herangeführt
werden, noch sichtbar sind. Wesentlich für eine gute Funktion solcher
Blenden ist bei beiden Ausführungen
eine möglichst
gute Anpassung der Blende an das jeweilige Untersuchungsobjekt, so
dass einerseits das Untersuchungsobjekt selbst durch die Blenden
nicht abgedeckt wird und andererseits die umliegenden, nicht interessierenden
Bereiche so weit wie möglich
abgedeckt werden.
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Bei
den meisten herkömmlichen
Röntgenuntersuchungseinrichtungen
ist es derzeit nur möglich,
die Einstellung der Blende entweder händisch vorzunehmen, beispielsweise
unter Zuhilfenahme eines Lichtvisiers. Darüber hinaus gibt es Röntgensysteme,
bei denen es möglich
ist, eine automatische Voreinstellung mit Hilfe eines in einer Systemsteuerung
hinterlegten Organprogramms durchzuführen, welches vorab eine ungefähre Position
des zu untersuchenden Aufnahmeobjekts annimmt. Ein Nachteil hierbei
besteht darin, dass die tatsächliche
Position des Aufnahmeobjekts aufgrund der Lagerung, beispielsweise
eines Patienten, als auch durch eine Variation in der Größe eines
Patienten bzw. des jeweiligen Untersuchungsobjekts stark variieren kann.
Eine ideale Einstellung ist daher mit dieser Methode nicht möglich. Ein
exaktes Einstellen der Tiefenblende durch eine händische Feinjustage benötigt dagegen
relativ viel Zeit, was einem optimalen Arbeitsablauf mit kurzen
Wartezeiten für
die Patienten entgegensteht.
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Des
Weiteren wird in der
DE
35 00 812 A1 eine Röntgendurchleuchtungseinrichtung
mit einer Blende der eingangs genannten Art beschrieben, welche
aus mehreren Blendenelementen in Form von Lamellen besteht, die
so positioniert werden, dass sie die Konturen des Aufnahmeobjekts – in einer
in der Detektorebene liegenden Projektion betrachtet – zumindest
an einer Stelle berühren,
d. h. dass die von der Röntgenquelle
aus auf die Detektorebene projizierten Blendenelemente die Konturen
des ebenfalls von der Röntgenquelle
aus auf die Detektorebene projizierten Untersuchungsobjekts berühren. Hierzu
weist die Vorrichtung eine Stellvorrichtung für die einzelnen Lamellen auf.
Der Detektor besteht aus einem Röntgenbildverstärker und
einer daran angekoppelten Fernsehkamera zur Erzeugung von Videosignalen.
An die Fernsehkamera ist eine spezielle Auswerteschaltung angeschlossen,
welche so konstruiert ist, dass bestimmten Lamellen jeweils bestimmte
Bildbereiche im Videosignal zugeordnet sind. Zu Beginn einer Durchleuchtung
eines Untersuchungsobjekts ist die Blende ganz geöffnet. Es
werden dann mit den aus dem Videosignal gewonnenen Steuersignalen
die einzelnen Lamellen durch die Auswerteschaltung so angesteuert,
dass sie sich aufeinander zubewegen und somit die Blende sich langsam
schließt.
Dabei wird jede einzelne Lamelle in der Schließbewegung gestoppt, wenn ein
bestimmter vorgewählter
Helligkeitspegel in dem der entsprechenden Lamelle zugeordneten
Anteil des Videosignals unterschritten wird. Dieses Verfahren benötigt folglich
zum einen eine gewisse Durchleuchtungszeit während der Einstellung der Blende.
Zum anderen ist die Anwendung des Verfahrens auf Röntgendetektoren
mit einer Videokamera und mit einer speziellen Auswerteschaltung
für die
Videosignale beschränkt.
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In
der
DE 199 62 281
A1 wird dagegen ein Röntgenuntersuchungsgerät beschrieben,
bei dem in Abhängigkeit
benutzerspezifischer Parameter und/oder gerätespezifischer Parameter und/oder
strukturspezifischer Parameter und/oder den Gegenstand der Aufnahme
klassifizierender Parameter der Absorptionsgrad optimiert wird,
um eine automatische Einstellung von Absorptionsmitteln, u. a. einer
Blende, vorzunehmen. Hierzu werden in einem relativ aufwendigen
Verfahren zunächst
die betreffenden Parameter ermittelt und basierend auf den Parametern
eine Gütefunktion
berechnet. Über
die Minimierung dieser Gütefunktion
wird dann eine optimale Blendenposition bestimmt.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur automatischen
Einstellung einer Blende und ein entsprechendes Röntgensystem
mit einer solchen Blende anzugeben, welche eine möglichst
einfache, schnelle und gute Justage der Blende vor einer Röntgenaufnahme
ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 bzw. durch
ein Röntgensystem
gemäß Patentanspruch
9 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird hierbei
zur Positionierung der einzelnen Blendenelemente zunächst eine
Objektlokalisierungsaufnahme mit niedriger Dosis bei geöffneter
Blende erzeugt. Diese Objektlokalisierungsaufnahme wird zur Ermittlung
von Konturen des Aufnahmeobjekts analysiert, und unter Nutzung der
ermittelten Konturen werden dann die Positionen der Blendenelemente
berechnet und die Blendenelemente in die berechneten Positionen
verfahren. Die Objektlokalisierungsaufnahme wird dabei in einem
möglichst
kurzen Zeitraum vor der eigentlichen Aufnahme durchgeführt, welcher
vorzugsweise nicht länger
als die für
eine vollständige
Berechnung und Einstellung der Positionen der Blendenelemente benötigte Zeit
ist. Die Dosis kann hierbei ganz erheblich geringer sein als bei
der eigentlichen Aufnahme, d. h. beispielsweise nur ein Zehntel
oder ein Hundertstel der „normalen" Dosis betragen.
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Ein
erfindungsgemäßes Röntgensystem
benötigt
zur Durchführung
dieses Verfahrens neben den eingangs genannten Komponenten eine
geeignete Röntgensystemsteuerung,
welche so ausgebildet ist, dass vor einer Röntgenaufnahme zunächst die
Objektlokalisierungsaufnahme mit niedriger Dosis bei geöffneter
Blende erzeugt wird, eine Bildanalyseeinrichtung, welche die Objektlokalisierungsaufnahme
zur Ermittlung der Konturen des Aufnahmeobjekts analysiert, und
eine Positionsberechnungsein heit, welche unter Nutzung der ermittelten
Konturen die Positionen der Blendenelemente berechnet und an die
Blendensteuereinrichtung zur Positionierung der Blendenelemente übermittelt.
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Die
Erfindung hat zum einen den Vorteil, dass zur Bestimmung der Blendenposition
eine einzelne kurze Röntgenaufnahme
(im Folgenden auch „Preshot" genannt) mit einer
sehr geringen Dosis ausreicht. Dies bedeutet, dass die für die Einstellung
der Blendenpositionen erforderliche zusätzliche Dosisbelastung für den Patienten
entsprechend gering ist. Zum anderen kann dieses Verfahren im Prinzip
bei jeder Art von Röntgeneinrichtung
eingesetzt werden, welche eine Blendensteuereinrichtung zur automatischen
Positionierung der einzelnen Blendenelemente aufweist. Dabei kann
insbesondere eine bereits vorhandene Röntgensystemsteuerung ohne weiteres
durch Umprogrammierung, beispielsweise durch Implementierung eines
entsprechenden Softwaremoduls, in der passenden Weise ausgebildet
werden. Ebenso können
die Bildanalyseeinrichtung und die Positionsberechnungseinheiten
in Form von geeigneten Softwaremodulen in einem zentralen Prozessor der
Röntgeneinrichtung,
beispielsweise der Röntgensystemsteuerung
selbst oder einer bereits vorhandenen Bildbearbeitungseinrichtung,
implementiert werden. Somit kann jederzeit auch eine bereits existierende
Röntgeneinrichtungen
erfindungsgemäß nachgerüstet werden.
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Die
abhängigen
Ansprüche
enthalten jeweils besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der Erfindung. Dabei ist es insbesondere möglich, auch eine erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung gemäß den Merkmalen
der Verfahrensansprüche
weiterzubilden und umgekehrt das erfindungsgemäße Verfahren gemäß den Merkmalen
der Ansprüche
der Röntgeneinrichtung
weiterzubilden.
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Bei
einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
werden bei der Erzeugung der Objektlokalisierungsaufnahme jeweils gruppenweise
mehrere benachbarte Bildpixel unter Bildung eines gemeinsamen Bildpunkts
zusammengefasst. Durch das Zusammenfassen, beispielsweise durch
gemeinsames Auslesen, einzelner Pixel zu Gruppen von z. B. 2×2, 3×3 oder
10×10
Pixel wird die Auflösung
reduziert und somit die Größe der Bildmatrix
verringert. Dadurch wird sowohl die Rechenzeit verkürzt als
auch das Signal-zu-Rausch-Verhältnis
in der nur mit niedriger Dosis aufgenommenen Objektlokalisierungsaufnahme
verbessert.
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Weiterhin
kann die Objektlokalisierungsaufnahme pixelweise auf eine nachfolgende
Röntgenaufnahme
addiert werden. Das heißt,
der Preshot und die eigentliche Aufnahme werden rechentechnisch
addiert, so dass die für
den Preshot verwendete Dosis auch bildwirksam vollständig ausgenutzt
wird. Durch die sehr kurze Zeitspanne zwischen Preshot und eigentlicher
Aufnahme werden eventuelle Bewegungsartefakte weitgehend reduziert
und sind daher vernachlässigbar.
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Bei
der Analyse der Objektlokalisierungsaufnahme empfiehlt es sich,
auf in der Bildverarbeitung von Röntgenbildern bekannte Techniken
zurückzugreifen.
Eine solche Methode ist die Direktstrahlungserkennung, die heute
in vielen Fällen
bereits zur automatischen Fensterung im Rahmen der Bildverarbeitung
verwendet wird. Dabei kann die Objektlokalisierungsaufnahme mittels
des Direktstrahlungserkennungsverfahrens in eine Darstellung umgesetzt
werden, indem der Direktstrahlungsbereich, in welchem die Röntgenstrahlung
unmittelbar unabgeschwächt
auf den Detektor trifft, mit einem bestimmten Wert, beispielsweise
mit 0, dargestellt wird und der Objektbereich selbst mit einem anderen
Wert, beispielsweise mit 1, codiert wird. Das Ergebnis ist dann ein
binäres
Bild, welches sehr einfach weiterverarbeitet werden kann.
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Zur
genauen Berechnung der optimalen Positionen der Blendenelemente
anhand der Objektlokalisierungsaufnahme gibt es mehrere Möglichkeiten.
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Bei
einer bevorzugten Variante werden die Positionen der Blendenelemente
jeweils unter Verwendung folgender Positionsdaten berechnet:
- – die
Koordinaten von wenigstens einem Punkt auf der Kontur des Aufnahmeobjekts
in der Objektlokalisierungsaufnahme (welche der Kontur des von der
Röntgenquelle
aus auf die Detektorebene projizierten Untersuchungsobjekts entspricht);
- – die
Position der Detektorebene, in der das Bild aufgenommen wird, bezüglich einer
Haupt-Röntgenstrahlrichtung
(d. h. die Position entlang der direkten Verbindungslinie zwischen
Röntgenquelle
und Röntgendetektor);
- – die
Position der Blendenebene, in welcher die Blendenelemente verstellbar
angeordnet sind, bezüglich der
Hauptröntgenstrahlrichtung.
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In
den meisten Fällen
stehen die Blendenebene und die Detektorebene rechtwinklig zur Haupt-Röntgenstrahlrichtung.
Dann reicht die Angabe einer Koordinate, beispielsweise der Abstand
der Blendenebene und Detektorebene zu einer Röntgenquelle bzw. zu einem Brennpunkt
der Röntgenquelle
aus, um die Positionen der Detektorebene und der Blendenebene vollständig anzugeben.
Wenn die Detektorebene und/oder die Blendenebene jedoch schräg zur Haupt-Röntgenstrahlrichtung
stehen, muss die Position jeweils durch Angabe weiterer Koordinaten,
z. B. durch die Koordinaten von drei Punkten auf der Ebene oder
durch bestimmte Winkelangaben, spezifiziert werden. Sofern die Abstände der
Blende und des Detektors von der Röntgenquelle gleich bleiben,
sind die Koordinaten dieser Positionen ohnehin feststehend und brauchen
nicht mehr aktuell für
die jeweilige Aufnahme ermittelt bzw. berechnet zu werden.
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Zur
Berechnung der gewünschten
Position eines Blendenelements werden dabei jeweils vorzugsweise
die Koordinaten eines solchen Punkts auf der Kontur des Aufnahmeobjekts
in der Objektlokalisierungsaufnahme genutzt, welcher – in einer
in der Detektorebene liegenden Projektion betrachtet – einen äußersten Punkt
der Kontur in Richtung des betreffenden Blendenelements bildet.
Das heißt,
es werden genau die Punkte auf der Kontur betrachtet, die bei einem
Zusammenfahren der Blendenelemente in eine Schließrichtung – in der
Projektion auf die Detektorebene betrachtet – als erstes die Blendenelemente
berühren
bzw. von diesen Blendenelementen abgedeckt würden.
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Durch
geeignete Wahl eines Koordinationssystems, in welchem die Positionsdaten
ermittelt und die Berechnungen durchgeführt werden, lassen sich die
benötigten
Zeiten für
die Ermittlung der Positionen der Blendenelemente optimieren.
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Wenn
der Detektor eine Detektorfläche
mit matrixförmig
angeordneten Detektorelementen aufweist, d. h. wenn es sich z. B.
um einen Festkörperdetektor
mit aktiver Auslesematrix handelt, und die Detektorfläche senkrecht
zur Haupt-Röntgenstrahlrichtung
angeordnet ist, bietet sich ein Koordinatensystem an, dessen Ursprung
in einem Brennpunkt der Röntgenquelle
liegt und dessen Koordinatenachsen zum einen in der Haupt-Röntgenstrahlrichtung
liegen (im Folgenden z-Achse) und zum anderen parallel zu den Zeilen
und Spalten der Detektorfläche
verlaufen (x- und y-Achsen). Die Koordinaten eines Punkts auf der
Kontur des Aufnahmeobjekts entsprechen in diesem Koordinatensystem
den Zeilen- und Spaltennummern des jeweiligen Bildpixels, d. h.
des betreffenden Matrixelements.
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In
einem solchen Koordinationssystem können die Koordinaten der in
Schließrichtung
liegenden Grenzposition eines Blendenelements innerhalb der Blendenebene
jeweils auf sehr einfache Weise mittels einer Strahlensatzberechnung
ermittelt werden. Dabei können
z. B. die Koordinaten des Punktes auf der Kontur des Aufnahmeobjekts,
an welchem das betreffende Blendenele ment – in der in der Detektorebene
liegenden Projektion betrachtet – die Kontur des Aufnahmeobjekts
bei einer Verstellung in Schließrichtung
zuerst berühren
würde,
direkt aus der Objektlokalisierungsaufnahme entnommen werden. Diese
Koordinaten müssen
dann jeweils nur noch mit dem Quotienten aus der z-Koordinate der
Position der Blendenebene und der z-Koordinate der Position der
Detektorebene multipliziert werden, um die Koordinaten des gesuchten
Punktes in der Blendenebene zu erhalten, über den das betreffende Blendenelement
nicht in Schließrichtung
verfahren werden darf, ohne das Aufnahmeobjekt abzudecken.
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Ein
erfindungsgemäßes Röntgensystem
kann im Prinzip beliebig aufgebaute Blenden mit verschieden angeordneten,
einzelnen Blendenelementen aufweisen. Es empfiehlt sich, die Blende
so aufzubauen, dass auch eine asymmetrische Einstellung bezüglich eines
Blendenmittelpunkts möglich
ist. Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Blende
aber so aufgebaut, dass die Blendenelemente unter verschiedenen
Winkeln, d. h. aus verschiedenen Richtungen, radial in Richtung
des Blendenmittelpunkts hin- und zurückverfahrbar sind. Dabei weisen
die Blendenelemente vorzugsweise jeweils zum Blendenmittelpunkt
hin senkrecht zur Verfahrrichtung verlaufende Innenkanten auf. Eine
solche Blende kann aus 4, 6, 8 oder noch mehr Einzelelementen bestehen.
Je nach Anzahl der Elemente ist die Blende dann dementsprechend
bezüglich
ihrer inneren Konturen viereckig, sechseckig, achteckig etc. aufgebaut.
Darüber
hinaus können
die Blendenelemente prinzipiell auch jede andere beliebige Form
aufweisen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren
anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Röntgensystems
mit einer erfindungsgemäßen Blende,
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2 eine
schematische Darstellung des von der Röntgenquelle aus auf die Detektorebene
projizierten Aufnahmeobjekts, ohne Blende (linke Seite) und mit
geschlossener Blende mit an die Kontur des Aufnahmeobjekts angrenzenden
Blendenelementen zur Abdeckung des Direktstrahlungsbereichs (rechte
Seite),
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3 eine
Darstellung der geometrischen Anordnung der Röntgenquelle, der erfindungsgemäßen Blende,
des Aufnahmeobjekts und des Detektors in Haupt-Röntgenstrahlrichtung,
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4 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Blende mit acht einzelnen
Blendenelementen.
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Das
Röntgensystem 1 gemäß 1 weist
eine höhenverstellbar
an einem Strahlerstativ 6 befestigte Röntgenquelle 2 mit
einer unmittelbar davor montierten Tiefenblende 3 auf,
welche gemäß der Erfindung
ausgeführt
ist. Auf der Bildaufnehmerseite ist an einem Aufnahmestativ 7 höhenverstellbar
ein digitaler Röntgendetektor 4 mit
einem davor angeordneten Streustrahlenraster 5 befestigt.
Zur Erzeugung einer Röntgenaufnahme
eines Aufnahmeobjekts O wird das Aufnahmeobjekt O im Strahlengang
zwischen der Tiefenblende 3 und dem Streustrahlenraster 5 positioniert.
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Über Steuerleitungen,
Datenleitungen und/oder Versorgungsleitungen sind der Röntgenstrahler 2,
die Tiefenblende 3 und der digitale Detektor 4 jeweils
mit einem Steuergerät 8 verbunden,
welches einen Röntgenspannungsgenerator
und eine Systemsteuerung 13 beinhaltet, über welche
die einzelnen Komponenten 2, 3, 4 angesteuert
werden. Bestandteile der Systemsteuerung 13 sind eine Positionsberechnungseinheit 14,
um die Positionen der einzelnen Blendenelemente 3a, 3b der
Tiefenblende 3 zu berechnen, und eine Blendensteuerung 15,
welche die einzelnen Blendenelemente 3a, 3b bzw.
den Blendenelementen 3a, 3b zugeordnete Aktuatoren,
wie beispielsweise Schrittmotoren, zur Verstellung der Blendenelemente 3a, 3b ansteuert.
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An
die Systemsteuerung 13 ist außerdem ein Bildrechner 9 angeschlossen,
in welchem u. a. eine Bildanalyse-Einrichtung 16 implementiert
ist. Der Bildrechner 9 ist über eine Datenleitung mit dem
digitalen Detektor 4 verbunden, um die dort erzeugten Daten
auszulesen und die gewünschten
Röntgenbilder
zu erzeugen. Diese Röntgenbilder
können
dann beispielsweise auf einem angeschlossenen Kontrollmonitor 10 angezeigt
werden. Eine Bedienung des Bildrechners 9 und des Steuergeräts 8,
insbesondere der Systemsteuerung 13, ist mit Hilfe des
Kontrollmonitors 10 sowie geeigneter Benutzerschnittstellen,
hier eine Maus 11 und eine Tastatur 12, möglich.
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Neben
den dargestellten Komponenten kann das Röntgensystem 1 auch
noch weitere üblicherweise in
oder an solchen Röntgensystemen
vorhandene Komponenten aufweisen, wie beispielsweise eine Schnittstelle
zum Anschluss an ein Computernetzwerk, insbesondere ein radiologisches
Informationssystem (RIS) und/oder ein Bildarchivierungs- und -kommunikationssystem
(PACS). Derartige weitere Komponenten sind aber der Übersichtlichkeit
halber nicht dargestellt.
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Ein
Verfahren, wie bei einem Röntgensystem 1 gemäß 1 die
Blende 3 erfindungsgemäß richtig eingestellt
werden kann, wird im Folgenden anhand der 2 und 3 erläutert.
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Zunächst wird
unmittelbar vor der eigentlichen Röntgenaufnahme von der Systemsteuerung 13 veranlasst,
dass mittels des Detektors 4 bei weit geöffneter
Tiefenblende 3 mit einer sehr geringen Dosis, beispielsweise
einem Hunderstel der für
die eigentlichen Röntgenaufnahme
vorgesehenen Dosis, vorab eine Objektlokalisierungsaufnahme OA aufgenommen
wird. Die Aufnahme dieses „Preshot" erfolgt ca. eine
Sekunde oder kürzer
vor der eigentlichen Röntgenaufnahme.
Der digitale Detektor 4 wird in dieser Zeit ausgelesen
und die Daten an den Bildrech ner 9 übersendet, wo die Daten in
einer Bildanalyse-Einrichtung 16 bearbeitet werden. Dabei
wird zunächst
eine Direktstrahlungserkennung durchgeführt, welche die Orte der Direktstrahlung,
auf denen die Röntgenstrahlung
unabgeschwächt
auf den Detektor 4 fällt,
von den Punkten des Objektbereichs trennt. Resultat der Berechnung
ist eine binäre
Darstellung der Objektlokalisierungsaufnahme, in der die Bildpunkte
des Objektbereichs mit 1 und die Bildpunkte des Direktstrahlungsbereichs
mit 0 codiert sind. Eine solche binäre Objektlokalisierungsaufnahme
OA ist in der linken Hälfte
von 2 schematisch dargestellt. Der Direktstrahlungsbereich
DB und der Objektbereich OB sind in einer solchen binären Darstellung
deutlich voneinander getrennt, so dass insbesondere die Konturen
K des Untersuchungsobjekts O gut erkennbar sind. Wie aus 3 zu
ersehen ist, handelt es sich bei der Objektlokalisierungsaufnahme
OA um eine von der Röntgenquelle 2 aus
auf die Detektorebene DE abgebildete Projektion P des Untersuchungsobjekts
O.
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Für die weiteren
Berechnungen werden bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Einfachheit halber
folgende Annahmen gemacht:
- a) Sämtliche
Berechnungen finden in einem Koordinationssystem statt, dessen Ursprung
S im Brennpunkt der Röntgenquelle 2 liegt.
- b) Die Blendenebene BE, in welcher die einzelnen Blendenelemente 3a, 3b zum
Schließen
der Blende 3 aufeinander zu verfahrbar sind, sowie die
Detektorebene DE liegen exakt rechtwinklig zur Haupt-Röntgenstrahlrichtung
R, d. h. zu der direkten Verbindungslinie zwischen der Röntgenquelle 2 und
dem Detektor 4. Diese Richtung wird im Folgenden als z-Achse
des Koordinatensystems angesehen.
- c) Die anderen beiden Koordinatenachsen x und y liegen demgemäß senkrecht
zu dieser z-Achse und sind so orientiert, dass sie entsprechend
der Zeilen und Spalten der aktiven Matrix des digitalen Detektors 4 aufgebaut
sind.
- d) Die Blende 3 besteht aus vier einzelnen Blendenelementen
(3a, 3b, 3c, 3d), welche von
rechts, von links, von unten und von oben aufeinander zu bewegt
werden können,
wobei diese Verschieberichtungen entlang der Koordinatenachsen x
und y verlaufen. (siehe 2)
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Es
wird ausdrücklich
darauf hingewiesen, dass diese Annahmen die Berechnungen erheblich
vereinfachen, aber nicht zwingend notwendig sind. Sofern andere
Formen von Blenden oder andere geometrische Anordnungen wie z. B.
eine schräge
Einstrahlung der Röntgenstrahlung
bzw. eine Verdrehung der Röntgenquelle
und/oder der Detektorebene und/oder der Blendenebene vorgesehen
sind, müssen
entsprechend mehr Positionsdaten berücksichtigt und in die Berechnung
einbezogen werden. Ggf. kann in solchen Fällen auch die Wahl eines anderen
Koordinationssystems sinnvoll sein.
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Mit
Hilfe der Objektlokalisierungsaufnahme OA werden zunächst die
Objektbegrenzungen bestimmt, um festzulegen, wie weit die einzelnen
Blendenelemente 3a, 3b, 3c, 3d jeweils
in Richtung des Aufnahmeobjekts O verfahren, d. h. zusammengefahren
werden können,
ohne dass das Aufnahmeobjekt O in der Projektion P überdeckt
wird. Dies hängt
unter anderem von der geometrischen Anordnung und Form der einzelnen Blendenelemente 3a, 3b, 3c, 3d ab.
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In
der Regel ist es sinnvoll, zunächst
die Punkte Pa, Pb, Pc, Pd auf der Kontur K des Aufnahmeobjekts O
festzulegen, welche in der Objektlokalisierungsaufnahme OA einen äußersten
Punkt der Kontur K in Richtung des jeweiligen Blendenelements 3a, 3b, 3c, 3d bilden.
D. h. im vorliegenden Fall werden der am weitesten rechts liegende
Punkt Pa, der am weitesten links liegende Punkt Pb, der oberste
Punkt Pc und der unterste Punkt Pd der Kontur K gesucht. Sofern
die einzelnen Blenden elemente 3a, 3b, 3c, 3d soweit
zusammengefahren werden, dass sie jeweils – in der Projektion P betrachtet – diese
Punkte Pa, Pb, Pc, Pd berühren,
ist der Direktstrahlungsbereich DB soweit wie möglich ausgeblendet, ohne dass
durch die Blende 3 das Objekt O selber abgedeckt wird (siehe 2,
rechte Seite). Bei der gewählten
geometrischen Anordnung sind die Koordinaten dieser Punkte Pa, Pb,
Pc, Pd relativ einfach zu ermitteln, insbesondere wenn die Objektlokalisierungsaufnahme
OA bereits in die binäre
Darstellung umgewandelt wurde, in der der Objektbereich mit 1 und
der Direktstrahlungsbereich mit 0 codiert ist. Hierzu sind lediglich
die mit 1 codierten Bildpixel zu suchen, deren „Koordinaten" in der Bildmatrix
den größten und
den kleinsten x-Wert bzw. den größten und
den kleinsten y-Wert aufweisen. Dies ist rechentechnisch außerordentlich
schnell und einfach durchführbar.
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Es
ist dann nur noch erforderlich, diese in der Projektion P in der
Detektorebene DE gefundenen „Grenzkoordinaten", bis zu denen ohne Überdeckung
des Objekts O eine Verstellung der Blendenelemente 3a, 3b, 3c, 3d nach
innen möglich
ist, auf die Blendenebene BE zurückzurechnen.
Dies ist in 3 anhand der Blendenelemente 3a, 3b demonstriert.
Da die beiden Blendenelemente 3a, 3b bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
lediglich in Richtung der x-Koordinate nach innen bzw. außen verfahrbar
angeordnet sind, ist dementsprechend innerhalb der Detektorebene
DE bzw. der Blendenebene BE lediglich die x-Koordinate wesentlich.
Weitere wesentliche Koordinaten sind außerdem der ohnehin vorab feststehende
Abstand zD der der Detektorebene DE sowie
der Abstand zB der Blende 3 vom
Ursprung S des Koordinatensystems, d. h. vom Brennpunkt der Röntgenquelle 2.
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Mit
Hilfe einer einfachen Strahlensatzberechnung lässt sich dann die Koordinate
x
3a der „Grenzposition", bis an die die
Innenkante des Blendenelements
3a – ohne das Objekt O abzudecken – nach innen
verfahren werden kann, aus der x-Koordinate x
Pa des
gefundenen Grenzpunktes Pa auf der Kontur K des auf die Detektorebene
DE projizierten Aufnahmeobjekts O gemäß der Formel
berechnen. In gleicher Weise
erhält
man die Koordinate x
3b der „Grenzposition" für das gegenüberliegende Blendenelement
3b aus
der Koordinate x
Pb des Punktes Pb in der
Objektlokalisierungsaufnahme OA. Ebenso kann eine Berechnung für das obere
und untere Blendenelement
3c,
3d erfolgen, wobei
hierbei jeweils die y-Koordinaten verwendet werden.
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Nachdem
die Koordinaten x3a, x3b (bzw.
y3c, y3a) der Grenzpositionen
berechnet worden sind, werden diese an die Blendensteuerung 15 übermittelt,
welche die motorischen Antriebe (nicht dargestellt) der einzelnen
Blendenelemente 3a, 3b, 3c, 3d so
ansteuert, dass die Blendenelemente 3a, 3b, 3c, 3d soweit
aufeinander zu verfahren werden, bis die Innenkanten der Blendenelemente 3a, 3b, 3c, 3d direkt
an die berechneten Grenzkoordinaten x3a,
x3b, y3c, y3d gelangen. Alternativ kann auch vorgesehen
sein, dass die Einstellung so erfolgt, dass die Innenkanten in einem
vorgegebenen kleinen Abstand außerhalb
der berechneten Grenzkoordinaten liegen.
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Sofern
die Detektorebene DE und/oder die Blendenebene BE schräg zur Hauptröntgenstrahlrichtung R,
d. h. schräg
zur z-Achse, angeordnet
sind, sind die Berechnungen etwas komplizierter. Es müssen dann jeweils
auch die z-Koordinaten z
3a, z
3b,
z
Pa, z
Pb berücksichtigt
werden. Dabei ergeben sich z. B. die Koordinaten x
B1,
y
B1 eines beliebigen Punktes in der Blendenebene
BE aus den Koordinaten x
D1, y
D1 des
entsprechenden Punktes in der Detektorebene DE, d. h. in der Objektlokalisierungsaufnahme
OA, gemäß den Formeln:
wobei z
B1 und
z
D1 die z-Koordinaten der betreffenden Punkte
sind.
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4 zeigt
ein alternatives Ausführungsbeispiel
einer Tiefenblende 3',
welche aus insgesamt 8 verschiedenen Blendenelementen 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h besteht.
Vier dieser Blendenelemente 3a, 3b, 3c, 3d sind
wie bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 2 von
rechts, links, oben und unten auf das Objekt zu verfahrbar. Darüber hinaus
weist die Tiefenblende 3' noch
vier weitere um 45° versetzte
Blendenelemente 3e, 3f, 3g, 3h auf,
welche entsprechend unter 45°-Winkeln
auf den Blendenmittelpunkt zu verfahrbar sind. Wie aus 4 deutlich
zu ersehen ist, ist mit einer solchen, aus mehreren Blendenelementen
bestehenden Blende 3' eine
erheblich bessere Anpassung an die Kontur K des Aufnahmeobjekts
O möglich.
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Wie
die Ausführungsbeispiele
zeigen, ist mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens auf sehr einfache
Weise eine sehr schnelle und relativ genaue Anpassung der Blende 3, 3' an das Untersuchungsobjekt
O möglich,
so dass eine anschließende
Röntgenaufnahme
unter optimalen Bedingungen erzeugt wird. Mögliche Bildartefakte aufgrund
von Tiefenstrahlung werden reduziert bzw. weitgehend vermieden.
Eine händische
Einstellung der optimalen Blendenposition ist überflüssig. Es ist hierfür außerdem keine
aufwändige
spezielle Konstruktion des Detektors oder einer zusätzlichen
Detektorauswerteschaltung notwendig.
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Es
wird abschließend
noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den in den Figuren
dargestellten Konstruktionen und geometrischen Anordnungen lediglich
um Ausführungsbeispiele
handelt. So sind in einem weiten Umfang beliebige Variationen dieser
Ausführungsbeispiele
möglich,
ohne den Rahmen der Er findung zu verlassen. Obwohl die Erfindung überwiegend
am Beispiel von Röntgensystemen
im medizinischen Bereich beschrieben wurde, sind die Einsatzmöglichkeiten
der Erfindung nicht auf diesen Bereich beschränkt, sondern die Erfindung
kann ebenso auch in wissenschaftlichen und/oder industriell genutzten
Röntgensystemen
verwendet werden.
wobei zB1 und zD1 die z-Koordinaten der betreffenden Punkte sind.